干细胞与肺疾病呼吸科内讲座讲稿.ppt

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1、干细胞与肺疾病呼吸科内讲座第一页，讲稿共四十五页哦干细胞大事记干细胞大事记l1967年，美国华盛顿大学的多纳尔托马斯发表报告称，如果将正常人的骨髓移植到病人体内，可以治疗造血功能障碍。l1998年11月，美国威斯康星大学的科学家在美国科学杂志报告说，他们已成功地使人类胚胎干细胞在体外生长和增殖。l1999年12月，美国科学家在美国科学院院刊报告说，小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化”为血液细胞。随后，世界各国的科学家相继证实，成体干细胞，包括人类的成体干细胞具有可塑性。l1999年12月，干细胞研究进展被科学杂志评选为该年度世界十大科学进展之首第二页，讲稿共四十五页哦第三页，讲稿共四十五页

2、哦第四页，讲稿共四十五页哦内内 容容u干细胞基础知识干细胞基础知识u干细胞与肺部疾病的当前研究干细胞与肺部疾病的当前研究u开展干细胞治疗肺疾病的思考开展干细胞治疗肺疾病的思考第五页，讲稿共四十五页哦干细胞基础知识干细胞基础知识干细胞干细胞(stem cell)：l定义：干细胞是一类定义：干细胞是一类具有具有自我更新自我更新和和分化分化潜能潜能的细胞的细胞第六页，讲稿共四十五页哦按来源分类按来源分类(1)胚胚胎胎干干细细胞胞：指指胚胚胎胎早早期期的的干干细细胞胞。这这类类干干细细胞胞分分化化潜潜能能宽宽，具具有有分分化化为为机机体体任任何何组组织织细细胞胞的的能能力力。如如囊囊胚胚期期内内细细胞

3、胞团的细胞团的细胞(2)成成体体干干细细胞胞：指指成成体体各各组组织织器器官官中中的的干干细细胞胞，具具有有自自我我更更新新能能力力，但但分分化化潜潜能能窄窄，只只能能分分化化为为相相应应(或或相相邻邻)组组织织器器官官组组成成的的细细胞胞。如如骨骨髓髓造造血血干干细细胞胞、间间充充质质干干细细胞胞、神神经经干干细胞、肺干细胞等细胞、肺干细胞等干细胞分类（一）干细胞分类（一）第七页，讲稿共四十五页哦干细胞分类（二）干细胞分类（二）l根据其分化潜能大小，可分为三类根据其分化潜能大小，可分为三类l全能干细胞：全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能具有形成完整个体的分化潜能(如胚胎干胚胎干细胞细胞)

4、l多能干细胞：多能干细胞：具有分化出多种细胞组织的潜能，具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力。如骨髓造血干但失去了发育成完整个体的能力。如骨髓造血干细胞，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分细胞，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞化出造血系统以外的其它细胞l单能干细胞：单能干细胞：只能向一种类型或密切相关的两种类型的只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞分化。如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞、肺干细胞细胞、肺干细胞第八页，讲稿共四十五页哦干细胞的形态特征干细胞的形态特征干干细细胞胞形形

5、态态共共性性：细细胞胞呈呈圆圆形形或或卵卵圆圆形形，体积小，核质比大，增殖力强体积小，核质比大，增殖力强干干细细胞胞的的固固定定组组织织位位置置：多多数数的的干干细细胞胞有固定存在部位与方式有固定存在部位与方式第九页，讲稿共四十五页哦干细胞的生化特性干细胞的生化特性端端粒粒酶酶活活性性高高：如如造造血血干干细细胞胞具具癌癌细细胞胞的的端端粒粒酶酶活活性性，增增殖殖能能力力强强。随随着着增增殖殖与与分分化化，端端粒粒酶酶活性下降活性下降蛋蛋白白标标志志和和免免疫疫分分子子：不不同同干干细细胞胞有有各各异异的的蛋蛋白白质质标标志志分分子子，可可作作为为确确定定干干细细胞胞位位置置、分分离离提提纯纯

6、干干细细胞胞的的标标志志。如如：巢巢素素蛋蛋白白神神经经干干细细胞胞；角蛋白角蛋白15表皮干细胞表皮干细胞 第十页，讲稿共四十五页哦干细胞有干细胞有对称对称与与不对称不对称两种分裂方式两种分裂方式对称分裂：干细胞对称分裂：干细胞 分裂分裂干细胞干细胞干细胞干细胞对称分裂：干细胞对称分裂：干细胞 分裂分裂分化细胞分化细胞分化细胞分化细胞不对称分裂：干细胞不对称分裂：干细胞 干细胞干细胞分化细胞分化细胞分裂分裂干细胞的分裂方式干细胞的分裂方式第十一页，讲稿共四十五页哦干细胞的增殖特点干细胞的增殖特点干干细细胞胞增增殖殖速速度度较较慢慢：小小肠肠干干细细胞胞的的分分裂裂速度速度(Tc=11小时小时)

7、干干细细胞胞具具有有自自稳稳定定性性：干干细细胞胞在在个个体体生生命命过程中自我更新并维持其自身数目恒定过程中自我更新并维持其自身数目恒定 自稳定性自稳定性是区别肿瘤细胞的本质特征是区别肿瘤细胞的本质特征第十二页，讲稿共四十五页哦干细胞分化具有可塑性干细胞分化具有可塑性干细胞的横向分化干细胞的横向分化 在在干干细细胞胞移移植植时时，供供体体干干细细胞胞在在受受体体中中通通常常分分化化为为与与其其组组织织来来源源一一致致的的细细胞胞。但但有有时时供供体体干干细细胞胞会会分分化化出出与与其其组组织织来来源源不不一一 致致 的的 其其 它它 细细 胞胞，这这 种种 现现 象象 称称干干 细细 胞胞

8、横横 向向 分分 化化(trans-differentiation)。实实验验：小小鼠鼠肌肌肉肉干干细细胞胞体体外外少少量量骨骨髓髓间间质质细细胞胞培培养养5天天接接受受致死量辐射的小鼠中致死量辐射的小鼠中各种血细胞系各种血细胞系第十三页，讲稿共四十五页哦横向分化的调控机制横向分化的调控机制与干细胞的微环境有关与干细胞的微环境有关 干干细细胞胞进进入入新新的的微微环环境境后后，对对分分化化信信号号的的反反应应受受到到周周围围正正在在进进行行分分化化细细胞胞的的影影响响，从从而而对对新新的的微微环境中的调节信号做出反应环境中的调节信号做出反应第十四页，讲稿共四十五页哦v启启 示示干干细细胞胞横横

9、向向分分化化表表明明成成体体干干细细胞胞被被移移植植入入受受体体中中具有很强的可塑性具有很强的可塑性临临床床上上可可寻寻找找容容易易获获得得的的其其它它组组织织干干细细胞胞，大大量量扩扩增增后后植植入入病病变变器器官官，在在植植入入器器官官微微环环境境诱诱导导下下向该系统细胞分化，这为干细胞治疗提供了可能向该系统细胞分化，这为干细胞治疗提供了可能第十五页，讲稿共四十五页哦干细胞的逆向分化干细胞的逆向分化 干细胞的逆向分化（去分化）干细胞的逆向分化（去分化）一种干细胞向其前体细胞的逆向转化一种干细胞向其前体细胞的逆向转化 第十六页，讲稿共四十五页哦干细胞增殖与分化的微环境干细胞增殖与分化的微环境

10、 干细胞巢干细胞巢(stem cell nich，壁龛）：壁龛）：干细胞在组织中的居所干细胞在组织中的居所干细胞生存的微环境干细胞生存的微环境：指干细胞巢中控制干细胞增殖与分化的指干细胞巢中控制干细胞增殖与分化的外外部信号部信号第十七页，讲稿共四十五页哦细胞分泌因子细胞分泌因子细胞分泌因子细胞分泌因子 TGF、Wnt家族的分泌信号分子家族的分泌信号分子受体介导的细胞受体介导的细胞受体介导的细胞受体介导的细胞-细胞相互作用细胞相互作用细胞相互作用细胞相互作用 Notch受体受体 整合素和胞间基质整合素和胞间基质整合素和胞间基质整合素和胞间基质胶原胶原氨基聚糖氨基聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖层粘连蛋白和纤

11、粘连蛋白层粘连蛋白和纤粘连蛋白弹性蛋白弹性蛋白细胞粘连分子细胞粘连分子干细胞的微环境干细胞的微环境 第十八页，讲稿共四十五页哦常见的干细胞常见的干细胞u胚胎干细胞胚胎干细胞u骨髓造血干细胞骨髓造血干细胞u骨髓间充质干细胞骨髓间充质干细胞u神经干细胞神经干细胞u表皮干细胞表皮干细胞u毛囊干细胞毛囊干细胞第十九页，讲稿共四十五页哦干细胞应用研究重点干细胞应用研究重点 1细胞治疗细胞治疗l干细胞可恢复因重大疾病而损害的细胞，这是干细胞潜在的最大优势干细胞可恢复因重大疾病而损害的细胞，这是干细胞潜在的最大优势第二十页，讲稿共四十五页哦 2基因治疗基因治疗l即通过胚胎干细胞和基因工程技术，矫正缺陷基因，

12、将治即通过胚胎干细胞和基因工程技术，矫正缺陷基因，将治疗基因整合到干细胞，再将干细胞移植入人体中，能够持疗基因整合到干细胞，再将干细胞移植入人体中，能够持久地发挥作用。久地发挥作用。l肺囊性纤维化病是一种基因缺陷遗传病，肺囊性纤维化病是一种基因缺陷遗传病，30岁以前致死。若在岁以前致死。若在胚胎早期干细胞中将缺陷基因修正胚胎早期干细胞中将缺陷基因修正，再将，再将修复后的胚胎干细修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中胞嵌入胚胎中，将会生出一个健康的婴儿将会生出一个健康的婴儿l支气管肺发育不良支气管肺发育不良第二十一页，讲稿共四十五页哦 3、癌症治疗、癌症治疗l设计多种方法，使特定细胞能击中特定设计多种方法

13、，使特定细胞能击中特定癌细胞，直接破坏或改变癌细胞。癌细胞，直接破坏或改变癌细胞。第二十二页，讲稿共四十五页哦 4 4、器官移植、器官移植 目前科学家已能在体外以干细胞为种目前科学家已能在体外以干细胞为种子培育成功一些组织器官，来替代病变子培育成功一些组织器官，来替代病变或衰老的组织器官或衰老的组织器官 有一天，真的会长生不老有一天，真的会长生不老!第二十三页，讲稿共四十五页哦干细胞与肺部疾病的干细胞与肺部疾病的当前研究进展当前研究进展第二十四页，讲稿共四十五页哦第二十五页，讲稿共四十五页哦小鼠胚胎干细胞可转化为肺细胞小鼠胚胎干细胞可转化为肺细胞l小鼠胚胎干细胞在含有小鼠胚胎干细胞在含有型胶原

14、的培养基中可以型胶原的培养基中可以分化成无纤毛的分泌细胞分化成无纤毛的分泌细胞Clara Clara 细胞细胞 l在含有小气道生成因子的无血清培养基中在含有小气道生成因子的无血清培养基中,小鼠胚小鼠胚胎干细胞可以分化成胎干细胞可以分化成型肺泡上皮细胞型肺泡上皮细胞Coraux C,Nawrocki2Raby B,HinnraskyJ,et al.Embryonic stem cells generate airway epit helial tissue.Am J Respir Cell Mol Biol,2005,32(2)87-92.第二十六页，讲稿共四十五页哦研究表明骨髓干细胞可以分化为

15、肺细胞研究表明骨髓干细胞可以分化为肺细胞l1 Krause 等将雄鼠的骨髓干细胞注入经放射线照射后的雌鼠等将雄鼠的骨髓干细胞注入经放射线照射后的雌鼠体内体内,在雌鼠体内在雌鼠体内20%的肺泡的肺泡型细胞以及不到型细胞以及不到4%的气管上的气管上皮细胞为皮细胞为Y染色体染色体l2 Suratt等在一组同龄女性异体造血干细胞移植中发现等在一组同龄女性异体造血干细胞移植中发现,约约2.5%8.5%的肺上皮细胞和的肺上皮细胞和37.5%42.3%的肺内皮的肺内皮细胞是男性供体来源细胞是男性供体来源1 Krause D S,Theise N D,CollectorM I,et al.Multi2orga

16、n,multi-ineage engraftment by a single bone arrow derived stem cell.Cell,2001,105:3693772 Suratt B,Cool C,Serls A,et al.Hunlgn pulmonary chimerism after hematopoietic stem cell transp lantation.Am J Resp ir Crit CareMed,2003,168:3 l8322第二十七页，讲稿共四十五页哦肺干细胞肺干细胞lUhal BUhal B等多数研究认为等多数研究认为基底细胞基底细胞是大气道内的固

17、有干细胞，是大气道内的固有干细胞，claraclara细胞细胞是细支气管内的固有干细胞群是细支气管内的固有干细胞群 ，肺泡，肺泡型细胞型细胞是肺是肺泡细胞的干细胞泡细胞的干细胞lDelp lanqueDelp lanque等将一个等将一个21 21 周胎儿的气管切成圆形薄片植入周胎儿的气管切成圆形薄片植入SCIDSCID小鼠皮下小鼠皮下,可以见到正常人气道黏膜的各种细胞演化，可以见到正常人气道黏膜的各种细胞演化，Delp lanqueDelp lanque等认为这是气道局部成体干细胞分化的结果。等认为这是气道局部成体干细胞分化的结果。l所有的肺干细胞生长更新率极低和再生能力非常有限所有的肺干细

18、胞生长更新率极低和再生能力非常有限第二十八页，讲稿共四十五页哦现有动物实验表明干细胞能治疗的肺疾病现有动物实验表明干细胞能治疗的肺疾病第二十九页，讲稿共四十五页哦第三十页，讲稿共四十五页哦第三十一页，讲稿共四十五页哦当前国外研究干细胞与肺疾病的方向当前国外研究干细胞与肺疾病的方向第三十二页，讲稿共四十五页哦干细胞治疗肺疾病的干细胞治疗肺疾病的思考思考第三十三页，讲稿共四十五页哦干细胞治疗肺疾病具有现实意义干细胞治疗肺疾病具有现实意义uCOPD、肺纤维化、矽肺、肺动脉高压、结核性肺毁损发病率、肺纤维化、矽肺、肺动脉高压、结核性肺毁损发病率高，危害大，但目前尚无特效的治疗手段高，危害大，但目前尚无

19、特效的治疗手段u现有的动物实验证明：干细胞在肺中可产生细胞因子，分化成现有的动物实验证明：干细胞在肺中可产生细胞因子，分化成新的肺泡，重建新的气道，形成新的血管，好比为病人提供了新的肺泡，重建新的气道，形成新的血管，好比为病人提供了新的肺叶，对这些疾病的治疗将是一种革命性的变化新的肺叶，对这些疾病的治疗将是一种革命性的变化u干细胞技术相对成熟，在心肌梗塞、帕金森氏症、糖尿病方干细胞技术相对成熟，在心肌梗塞、帕金森氏症、糖尿病方面已提供了可成功借鉴的经验面已提供了可成功借鉴的经验u干细胞研究是当前乃至今后相当长时间的热门领域，可以干细胞研究是当前乃至今后相当长时间的热门领域，可以预见谁掌握了干细

20、胞谁将在学术和效益方面取得成功预见谁掌握了干细胞谁将在学术和效益方面取得成功第三十四页，讲稿共四十五页哦干细胞移植的技术路线细细胞胞分分离离胚胚胎胎干干细细胞胞细细胞胞来来源源骨骨髓髓干干细细胞胞肺肺干干细细胞胞传传代代扩扩增增表表型型鉴鉴定定注注入入体体内内细细胞胞归归巢巢定定向向分分化化结结果果检检测测第三十五页，讲稿共四十五页哦细胞的选择细胞的选择l胚胎干细胞：胚胎干细胞：较难得到，数量有限，需大量扩增，必须较难得到，数量有限，需大量扩增，必须体外诱导定向分化，异体移植存在免疫排斥体外诱导定向分化，异体移植存在免疫排斥l骨髓干细胞：骨髓干细胞：来源广，容易获取及扩增，不来源广，容易获取及

21、扩增，不必须体外诱导必须体外诱导定向分化，定向分化，自体移植，不存在免疫排斥问题自体移植，不存在免疫排斥问题l肺干细胞：肺干细胞：只能取材于病人呼吸道和肺组织，传代扩增只能取材于病人呼吸道和肺组织，传代扩增能力差能力差l我的思考：从骨髓中获取干细胞可能是最现实的选择第三十六页，讲稿共四十五页哦细胞分离细胞分离l骨髓干细胞可能含有三个细胞群骨髓干细胞可能含有三个细胞群造血干细胞造血干细胞间充质干细胞间充质干细胞内皮细胞前体细胞内皮细胞前体细胞l多数动物实验利用骨髓间充质干细胞治疗肺病，也有实验进行多数动物实验利用骨髓间充质干细胞治疗肺病，也有实验进行全骨髓移植全骨髓移植l我的想法：全骨髓，更易操

22、作，含有内皮细胞前体细胞或许有我的想法：全骨髓，更易操作，含有内皮细胞前体细胞或许有助于形成血管助于形成血管l我的思考：我的思考：1 1、采用全骨髓时，造血干细胞对、采用全骨髓时，造血干细胞对COPDCOPD是否会导致是否会导致红细胞增多症加重？红细胞增多症加重？2 2、治疗肺部疾病全骨髓疗效是否更好？、治疗肺部疾病全骨髓疗效是否更好？第三十七页，讲稿共四十五页哦传代扩增传代扩增l骨髓间充质干细胞数量少，占骨髓细胞数的骨髓间充质干细胞数量少，占骨髓细胞数的1/101/10万万l若不进行有效的扩增，将分离的干细胞直接输入若不进行有效的扩增，将分离的干细胞直接输入体内，相对整个肺来讲，犹如苍海一粟

23、，少量的体内，相对整个肺来讲，犹如苍海一粟，少量的供体细胞难以产生效应供体细胞难以产生效应l我的顾虑：我的顾虑：若体外扩增，非常繁锁，最终要回输若体外扩增，非常繁锁，最终要回输人体，实验条件及安全性难以符合要求人体，实验条件及安全性难以符合要求l我的想法：我的想法：抽吸更多骨髓，获得更多干细胞不行体外抽吸更多骨髓，获得更多干细胞不行体外扩增，直接回输人体可能是条捷径扩增，直接回输人体可能是条捷径第三十八页，讲稿共四十五页哦细胞表型鉴定细胞表型鉴定l利用免疫沉淀印迹技术、免疫磁珠技术利用免疫沉淀印迹技术、免疫磁珠技术和流式细胞技术可进行标记物测定和流式细胞技术可进行标记物测定l骨髓间充质干细胞可

24、测粘附分子骨髓间充质干细胞可测粘附分子ICAM-1ICAM-1，CD49CD49等等l肺干细胞肺干细胞sca-1sca-1、表面分子、细胞角蛋白、表面分子、细胞角蛋白、CCSPCCSP等等l我的无耐：我的无耐：行细胞表型鉴定，技术要求行细胞表型鉴定，技术要求及费用高，不做实验缺乏可信度及费用高，不做实验缺乏可信度第三十九页，讲稿共四十五页哦干细胞注入机体的途径干细胞注入机体的途径l尾静脉和腹腔注射：是当前尾静脉和腹腔注射：是当前“干细胞治疗肺疾病干细胞治疗肺疾病”动物实验中最常用的方式。动物实验中最常用的方式。l陈旧性心梗、帕金森氏病多采用病灶处局部注射的方陈旧性心梗、帕金森氏病多采用病灶处局

25、部注射的方式。脑瘫可采用腰穿注射。肝硬化采用肝固有动脉局式。脑瘫可采用腰穿注射。肝硬化采用肝固有动脉局部灌注。部灌注。l我的思考：我的思考：1 1、局部注射？静脉点滴？气管内给药？哪种方式效果最、局部注射？静脉点滴？气管内给药？哪种方式效果最佳？佳？2 2、我们能否借助介入技术行支气管动脉超选择性叶段、我们能否借助介入技术行支气管动脉超选择性叶段注入？注入？第四十页，讲稿共四十五页哦如何保证干细胞由血管内进入病灶定居如何保证干细胞由血管内进入病灶定居l实验表明：通过静脉输注骨髓干细胞，只有极少部分到达了肺，实验表明：通过静脉输注骨髓干细胞，只有极少部分到达了肺，绝大多数又归巢到骨髓绝大多数又归

26、巢到骨髓l如何保证循环中足够数量的干细胞由血管内进入肺部病灶如何保证循环中足够数量的干细胞由血管内进入肺部病灶定居分化定居分化是影响疗效的关键因素是影响疗效的关键因素l我的思考：我的思考：1 1、能否利用某些病毒载体转染干细胞，使干细胞、能否利用某些病毒载体转染干细胞，使干细胞表面具有特殊的受体增强对肺组织的亲合力？表面具有特殊的受体增强对肺组织的亲合力？第四十一页，讲稿共四十五页哦干细胞在肺组织内的定向分化干细胞在肺组织内的定向分化l实验表明：干细胞的分化受局部微环境的影响，实验表明：干细胞的分化受局部微环境的影响，进入肺组织中的干细胞有向进入肺组织中的干细胞有向4040多种肺组织细胞自多种

27、肺组织细胞自主分化的潜能主分化的潜能l我们的任务是我们的任务是只要把足够量的干细胞送只要把足够量的干细胞送入肺组织，而不需要体外实验那样去研入肺组织，而不需要体外实验那样去研究加入何种因子去诱导究加入何种因子去诱导第四十二页，讲稿共四十五页哦疗效的疗效的检测检测l动物实验中动物实验中疗效的检测：可将动物处死，检测检测：可将动物处死，检测肺组织的结构变化和干细胞标记物肺组织的结构变化和干细胞标记物l在临床实验中如何进行疗效的评定？评定？l我的思考：我的思考：血气、肺功能、HRCT及PET影像、TNF因子及金属蛋白酶等含量的变化可做探索性研究第四十三页，讲稿共四十五页哦第四十四页，讲稿共四十五页哦l有实验表明：有实验表明：干细胞的分化方向与组织损伤的时间有关，在损伤急性期向干细胞的分化方向与组织损伤的时间有关，在损伤急性期向肺泡等组织细胞分化，但在慢性期向成纤维细胞转化可加重肺纤维化肺泡等组织细胞分化，但在慢性期向成纤维细胞转化可加重肺纤维化l干细胞治疗肺疾病到底有没有效？干细胞治疗肺疾病到底有没有效？第四十五页，讲稿共四十五页哦